钙的吸收和转运机制及其影响因素

文献综述 钙的吸收和转运机制及其影响因素 黄金明,王根林, 杭苏琴 (南京农业大学动物科技学院,南京 210095) 中图分类号: R591. 1　　　　　　　　　　　　文献标识码: A　　　　　　　 文章编号: 1007-5038( 2001) 04-0008-04 摘　要:日粮钙主要在十二指肠和空肠吸收, 钙的吸收途径有主动和被动转运,当钙的吸 收较低时,十二指肠的主动转运增强,大部分 的钙主要通过主动过程吸收。当钙到达大肠 时,钙通过主动和被动过程吸收。有许多的因 素影响钙的吸收和转运, 如维生素 D、蛋白 质、甲状旁腺素相关蛋白、钙磷比例等。 关键词:钙;吸收和转运;影响因素 近年来,人类钙营养不足的问受到了广泛的 重视, 无论是老人还是儿童,缺钙是全球性的营养问 题。我国的膳食结构以植物性食物为主,植酸盐、纤 维素、糖醛酸、藻酸钠和草酸等含量较高, 食物中钙 的吸收率很低[ 1]。钙是中国居民膳食中缺乏最明显 的营养素, 全国平均每人每日钙摄入 405 mg , 仅达到 RDA 的 49. 2% [2]。乳中钙生物活性高,从全 乳中得到的钙的生物活性达到 88% , 其中 87%被保 留在体内[ 3]。但天然乳钙的含量受钙的化学形式、蛋 白质、维生素等因素的影响。因此,提高牛奶中钙的 含量对于解决我国居民的钙缺乏问题具有非常重要 的意义。至今, 有关钙在肠道的吸收和转运机理的研 究较多, 而有关钙在血液、乳腺中转运的机理的研究 较少。本文为探讨钙在乳腺中转运的机制的研究提 供理论依据。 1　钙的吸收 日粮钙主要在十二指肠和空肠吸收, 吸收通过 主动 (需能)和被动 (扩散 )转运。钙吸收有两条途 径[ 4, 5] : ¹ 饱和的跨细胞途径, 并受钙结合蛋白 ( CaBP , MW= 8 800)的调节; º 不饱和的旁细胞途 径, 不直接受功能性或营养性因子(如年龄或摄入) 的影响。跨细胞途径主要是在近端肠(主要是十二指 肠) ,而旁细胞途径的钙吸收存在于整个肠道。跨细 胞的吸收包括三个步骤[6] : ¹ 进入肠细胞的纹状缘; º 细胞内的运动; » 伸出基侧膜。钙是顺电化学梯度 进入细胞并尽可能地利用钙通 道,但是粘膜细胞的 收稿日期: 2001-05-23 作者简介:黄金明( 1979- ) , 男,江西宁都人,硕士,主要从 事动物生殖生理等方面的研究。 纹状缘是否存在钙通道有待实验证实。钙进入细胞 又可分为饱和与不饱和途径。在细胞中钙必须通过 细胞质, 溶酶体和其它可动的细胞器的作用, 帮助钙 在细胞内运动, 钙结合蛋白转运钙入细胞内必须与 钙的细胞内运动相适应。钙从肠细胞内“排出”是逆 电化学梯度的过程, 且受钙-ATP 酶的影响。排出过 程受维生素 D 的调节,但不是速率的限制。钙到达 基侧极与细胞中横跨基侧膜的钙-ATP 酶结合, 紧 接着的磷酸化引起钙-ATP 酶构象的改变。钙通过 “通道”排出[ 7]。 2　钙在肠道中的吸收和转运 2. 1　钙在小肠中的吸收和转运 Bronner 报道, 当鼠摄入的钙含量较低时, 十二 指肠的主动转运占总吸收的 50%左右。大家普遍认 为钙的钙细胞转运的主要出现在十二指肠[8]。 目前, 回肠的钙吸收, 一般都看作是不饱和途 径, 这似乎是完全依赖肠腔的钙浓度。成年鼠的钙吸 收主要是由旁细胞途径完成。肠腔钙浓度至少应大 于 1 mmol/ L。但是, 一些研究者发现,当肠腔钙浓度 为 1. 25 mmol/ L 时, 回肠钙吸收的跨细胞途径占优 势。有研究表明, 食用含钙非常低的膳食之后,才能 促进回肠钙的吸收。正常鼠回肠的钙转运主要由旁 细胞途径来完成, 并且主要是钙浓度的作用。因此, 给鼠饲喂富钙日粮后, 肠钙的转运, 主要是紧跟化学 梯度旁细胞途径穿过肠壁。但是, K arbach 等发现, 有 31%的钙经跨细胞的主动运输直接从粘膜进入 浆膜。这可能与转运的技术有关[ 9]。 总之, 在生理条件下,跨细胞途径对于回肠的钙 吸收作用是有限的,只有摄入富钙日粮时方能发挥 其主要的作用。钙在小肠中转运的时间长,回肠中钙 浓度比十二指肠的钙浓度高, 这有利于钙转运的旁 细胞途径。然而,当日粮中钙的摄入低或1, 25-二羟 维生素 D 浓度高时, 跨细胞途径就显得很重要, 甚 至占主导地位。而且, 在考虑到小肠各段的长度时, 回肠在适应低钙日粮方面与十二指肠相比, 发挥着 更加重要的作用。因此,维持钙的体内平衡主要应考 虑到回肠, 而不是十二指肠。另外, Br ow n 等克隆的 钙敏感(钙-sensing )受体同样可在回肠表达[10]。 8 动物医学进展　2001年　第 22 卷　第 4 期(总第 116期) 2. 2　钙在大肠中的吸收和运转 Petith 和 Schedl发现盲肠和升结肠有钙的吸 收, 但横结肠没有钙吸收。Duflo s发现大肠有 15%的 可溶性钙。结肠也存在钙的主动运输。Escoffier 等发 现大肠中约有 7%的钙结合蛋白。尽管钙的主动转 运与钙结合蛋白-D9k 的含量成比例关系, 盲肠和结 肠约占总钙主动转运的 7% [ 8]。 3　影响钙吸收和转运的因素 3. 1　维生素 D( VD) VD对钙转运的各个方面起作用。VD 可使钙的 摄入增加 20%～40%。VD( VD2, VD3)一旦进入奶 牛血液,便以相当低的浓度 ( 1～3 ng / mL )循环, 这 种现象可能是 VD在肝中快速积聚的结果, VD有多 种代谢产物, 如 24, 25-二羟维生素 D、1, 25-二羟维 生素 D。24, 25-二羟维生素 D 在骨的形成中发挥作 用[ 11]。Smith 等认为血浆中的 24, 25-二羟维生素 D 和血浆钙呈负相关。Bzrton 发现,约在奶牛分娩的前 后, 给它注射药理学剂量的 24, 25-二羟维生素 D 导 致产乳热的发病率增加[ 12]。 在很多脊椎动物中, 1, 25-二羟维生素 D 对钙的 吸收起促进作用。1, 25-二羟维生素D 通过 VD受体 ( VDR )介导的基因组运动对小肠粘膜至少发挥一 种作用, 该过程可使钙结合蛋白-D9k 增加,据推测, 肠细胞的钙结合蛋白有可能促进钙从肠细胞的顶端 穿过胞液到基底部[13]。在仔鸡的肠道中, 肠细胞钙 转运依靠细胞器(如微管)的功能。长期的基因效应, VD 激素可快速动员肠道的钙转运的增强。另有研 究表明, 1, 25-二羟维生素 D 3 可增钙-ATP 酶的活 性, 钙-ATP 酶位于十二指肠和回肠的基侧膜上, 该 酶负责钙排出细胞外。VD 缺乏的鼠服用 VD 后,钙 -ATP 酶泵蛋白增加, 从而增强钙的转运[ 14]。 3. 2　蛋白质和氨基酸 近年来的研究表明, 当蛋白质摄入从低水平增 高时, 可使钙吸收增加,而当膳食中含有充裕的蛋白 质时, 再增加蛋白质对钙吸收影响不大。Chu[ 15]等让 6 名健康青年受试者的钙摄入维持在 100 mg / d 左 右, 当氮摄入从 0. 9 g / d 增至 12 g/ d 时,其粪钙均降 低, 而从 12 g / d 增至 24 g / d 时, 粪钙则无变化。 Spencer [16]使用放射性47钙进行试验, 4 名受试者摄 入的钙量分别稳定在 0. 2 g / d, 0. 8 g / d, 1. 1 g / d和 2. 0 g/ d。当每日蛋白质摄入从 1 g/ kg 体重增至 2 g / kg 体重时, 发现钙的吸收没有变化。由高蛋白日粮 引起鼠的低血钙症的程度与含硫氨基酸的量呈一定 的比例关系, 这表明,日粮蛋白质摄入对钙代谢的影 响与含氨基酸( SSA )有关。Pappenberim er 等认为至 少有一些氨基酸能使细胞支架收缩, 从而使钙流量 增大。Wasserm an 等报道, 饲喂 L-赖氨酸和 L-精氨 酸能使钙吸收增加[ 17]。酪蛋白磷酸肽( CCP )是从酪 蛋白中提取的多肽, 可提高钙的溶解度。张亚非[ 18] 分别在大鼠的基础和低钙饲料中添加 0. 5%和 0. 2%的 CCP, 结果表明, CCP 可显著提高钙的吸收。 流行病学上的证据表明在于奶期增加蛋白质的摄入 可降低奶牛产乳热(或称临产后轻瘫, 它的特征是当 奶牛启动泌乳对钙的需求突然增加, 而牛自身无力 动员足量的钙将血液中钙的浓度维持在分娩时的水 平)的发病率,这表明奶牛钙的代谢受蛋白质摄入量 的影响[ 11]。 3. 3　糖类 葡萄糖、乳糖、寡果糖( F os)等都能影响钙的吸 收和转运。当给鼠饲喂含乳糖 30%和含钙 0. 4%日 粮, 其钙的吸收量与饲喂含钙 0. 7%的日粮是一样 的,同时 ,钙的主动转运和肠钙结合蛋白(钙 BP)含 量减少, 而经不饱和途径的钙吸收增加。肠细胞间可 分为三个区域: 致密区和间隙连接, 中间连接和更宽 的基侧区。乳糖是一种高渗溶液,可使细胞间隙增大 ( 例如, 致密区和间隙区) , 从而显著提高钙的转 运[ 19]。日粮中难消化碳水化合物如葡粉、淀粉、瓜尔 胶水解物和寡果糖等可使鼠的肠道钙的表现吸收、 钙平衡和骨矿物质密度增加。Atstuane Ohta 报道, 寡果糖能显著提高鼠结肠直肠对钙的吸收。Brom- mange等报道难消化碳水化合物可增加小肠的钙吸 收[ 20]。现已证明, F os 和其它难消化碳水化合物对大 肠的钙吸收也有影响, 详细的机制还未阐明, 这种作 用可能与大肠中的短链脂肪酸( SCFA )有关[ 21]。 纤维对钙代谢的影响较为复杂, 膳食纤维对人 体钙吸收的影响与钙盐的溶解度有关。Kimberly[ 22] 报道, 如将膳食纤维和钙的摄入量从 0. 0065 g / d 和 0. 53 g/ d 分别增至 0. 0313 g / d 和 0. 586 g / d, 则钙 表观吸收率从 60. 6%降至 37. 1% , 但对血清总钙、 尿钙和 1, 25-二羟维生素 D 和 PT H 的浓度没有影 响。其动力学研究表明,高纤维膳食可降低肠道钙的 吸收、骨钙转换及钙池中钙的流动, 增加钙的排泄, 其原因可能是纤维与钙螯合而使钙离子吸收减少, 或与膳食纤维促进肠道蠕动而加快钙通过肠道 ,不 利于吸收, 从而减缓骨钙转换有关。 3. 4　脂肪 高脂膳食可延长胃肠排空时间, 有利于钙的进 一步吸收。以亚油酸/A-亚麻酸为 3∶1的含量作为 对照组, 以 C-亚麻酸/二十二碳六烯酸分别为 3∶1、 1∶1、1∶3 分成 3 个实验组, 观察对肠道钙吸收利 用的影响。结果显示, 在 3∶1实验组钙吸收率比对 照组增加了 41. 5% , 而尿钙则有所降低。另饱和脂 肪酸可与钙形成不溶性皂类物质 (钙皂)而影响钙的 吸收。 9黄金明等:钙的吸收和转运机制及其影响因素 3. 5　甲状旁腺激素相关蛋白( PT Hrp) PT Hrp 是甲状旁腺的产物 ,具有类似于内分泌 激素(甲状旁腺素)的序列和功能。它在组织中有广 泛的分布, 包括乳腺。PT Hrp 可能是一种动员钙的 内分泌因子, 并在泌乳期扩散到体循环, 与骨和肾中 的受体相互作用加强钙进入血液的运动。PTHrp 在 乳的生成中, 对乳房上皮细胞可能有自分泌和旁分 泌作用[ 23]。研究表明,乳中 PTHrp 的含量与钙的含 量呈正相关[ 24]。由于PTHrp 具有促进胎盘钙转运的 作用。Barlet等研究了合成的 PTHrp 片段对山羊泌 乳早期钙排入奶中的影响。结果发现, PT Hrp 的 1- 34和 1-86, 而不是 140-173,可通过时间依赖的方式 增加奶中钙的含量[ 25]。 3. 6　日粮阴阳离子平衡( Dietary Cat ion-An- ion Balance, DCAB) 日粮的 DCAB, 尤其是(钠+ 钾 ) -(氯+ 硫)的毫克当量, 影响成年反刍动物的钙 代谢。若奶牛的泌乳日粮中阴离子含量(如 Cl- , S2- 过多, 会影响奶牛体内钙的代谢和流量, 这与临产前 的轻瘫有关。Jackson [ 26]等报道,随着 DCAB 的增加, 青年牛的血浆钙呈线性增加, 但尿钙的排出呈线性 下降。氯化钙是一种吸湿性的钙盐,与氯化镁和氯化 铵一起使用可以降低干奶期的 DCAB; 降低奶牛泌 乳期的临产轻瘫的发病率。Tucker[ 27]报道, 给 20 头 母牛饲喂含氯化钙 0. 05%、1%和 1. 5%的日粮, 结 果发现,尿钙的排出随着日粮氯化钙含量的增加而 增加, 这有可能反映出骨代谢或肠道钙吸收的加强。 Block 认为, 饲喂低的 DCAB 日粮可完全预防临产 轻瘫。 3. 7　化学形式 钙有多种存在形式如有机钙(如葡萄糖酸钙、乳 酸钙、醋酸钙、柠檬酸钙、果糖酸钙)、无机钙(如磷酸 钙、碳酸钙、氯化钙、氢氧化钙)、活性钙(主要成分是 氢氧化钙、氧化钙和小量的碳酸钙)、新型钙制剂(氨 基酸钙、L-苏糖酸钙,三羟基丁酸钙)等。钙的化学形 式与其溶解度、颗粒大小、酸碱度等性质直接相关, 从而影响钙的吸收利用。故不同形式的钙吸收率有 较大的差异[ 28]。用超微颗粒80% ( 1 Lm)钙、碳酸钙、 脱脂奶粉配置的饲料及低钙基础饲料分别喂养 4 组 断乳Wistar 大鼠 4周, 进行 3 d 的钙代谢实验 ,结果 表明, 钙 的吸收 率分别 为 71. 11%、58. 46%、 76. 21% , 利 用 率 分 别 为 61. 43%、35. 03%、 83. 31% [ 29]。 3. 8　钙磷比例 成年乳牛对钙、磷利用率为 22%～55%和 45% ～55%。我国乳牛饲养标准规定的供给量为 1kg 标 准乳供给钙 4. 5 g, 磷为 3. 0 g, Ca / p 为 2∶1～1. 3∶ 1。泌乳牛可耐受较宽的 Ca∶P 在 1∶1～1∶8 范围 内不影响泌乳, 但影响机体对钙、磷的吸收。 3. 9　其它 一些抗生素如青霉素、新霉素可促进钙的吸收。 动物实验显示。经口注入定量酒精,即使补充维生素 D, 钙的吸收率仍明显降低。 4　结语 钙不仅是人体骨骼生长发育并保持其坚固所必 需的建筑, 而且也是维持和调节神经、肌肉、血 液、细胞膜以及多种酶活性正常生理功能的必需元 素, 钙对健康的重要性得到越来越多人认识。在发达 国家中,乳及乳制品提供的钙约占人体所摄取总钙 量的 75%。而我国的人均奶消费量低,提高乳中钙 的含量就显得尤为必要和紧迫。我国今后应深入研 究钙在乳腺中的转运机理, 以提高乳中钙的含量。 参考文献: [ 1]　古景范.临床营养学 [ M ] .上海:科学技术出版社, 1990. 136～141. 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Advances in Mechanism of Calcium Absorption and Transport HUANG Jin-m ing, WANG Gen-lin, HANG Su-qin ( Col lege of Animal S cience T echnology , Nanj ing A g ricul ture Univ ersit y, N anj ing, R . P. 210095, China) Abstract: There are tw o w ays of calcium absorption: one is act ive process and another is passive paracellular process. When intake is low , active t ranscellular calcium transport in the duodenum is up regulated and a larger proport ion of calcium is absorbed by the active process than by the pas- sive paracellular process that prevails in the jejunum and ileum. Calcium that reaches the larg e in- testine undergoes absorption there by both act ive and passive processes. A lot of factors affect cal- cium absorpt ion and transport, such as Vitam in D, fat , Parathyroid hormone-related peptide, rat io of calcium and phosphorus and so on. Key words: calcium ; absorption and transport ; inf luent factors 中国兽医杂志 2002年征订启事 　　中国兽医杂志为中国畜牧兽医学会主办,国内外发行的兽医专业科技期刊。 创刊于 1953年,月刊,每期定价 4. 00元;全年 12期,合计 48. 00元。全国各地邮局 均可订阅,邮发代号: 2-137。 编辑部地址:北京市圆明园西路 2号中国农业大学动物医学院 邮政编码: 100094　　电话: ( 010) 62893040, 62893961(兼传真) 11黄金明等:钙的吸收和转运机制及其影响因素